城市建筑三維建模工藝方法研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 較昂貴，且不便于攜帶，因此在攝影測量的過程中使用的更多的是普通的數(shù)碼相機，又稱為非量測攝影機。影響攝影測量精度的因素包括：攝影質(zhì)量、控制質(zhì)量、設備性能、被測物體的光照狀態(tài)、后期處理的軟硬件性能。近景攝影測量設備類型及各類特點：、光學性能好；，且配有格網(wǎng)；，但他配有改正底片變形的格網(wǎng)；，光學畸變較大，未采取減少或改正底片變形的措施，并且不具備記載外部空間參數(shù)的設備[6]。 激光掃描測量高精度激光掃描儀有Airborne Scanner、Laser Facade Scanner等等，其作用是獲取目標物體表面的球面坐標信息并將其制成數(shù)字影像圖，這些信息可以被轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標系中，并用來進一步作用于有關的三維應用。將GPS、慣性導航系統(tǒng)（INS）和掃描激光測距儀進行集成，則組成機載激光掃描制圖系統(tǒng)（Airborne Scanning Laser Mapping System），可進行大范圍數(shù)字地表模型（Digital Surface Model，DSM）的高精度實時獲取。在激光掃描測量中，包括有GPS、姿態(tài)測量裝置和掃描激光測距儀，通常是先獲取目標的精確位置和姿態(tài)參數(shù)，然后利用掃描激光測距儀獲取成像中心到采光點的距離，然后用這些數(shù)據(jù)計算出目標的位置。與傳統(tǒng)的攝影測量作業(yè)相比，激光掃描測量有很多優(yōu)點：無需地面控制點，可部分穿越樹林遮擋直接獲取地表的高精度三維信息；對測量環(huán)境沒有要求，即使是在夜間也可以進行測量；獲取數(shù)字地表模型的測量成本相比攝影測量要低出很多；相比傳統(tǒng)測量，激光掃描測量可以連續(xù)自動獲取數(shù)據(jù)；測量速度、精度比傳統(tǒng)測量要更高。 GIS/CAD數(shù)據(jù)導出由于三維GIS技術的技術不夠成熟加普及度不足，市場上仍舊是二維數(shù)據(jù)占有率較高，然而，很多時候二維數(shù)據(jù)不能滿足一些特殊需求，例如三維GIS的研究上，對三維大規(guī)模場景數(shù)據(jù)的需求十分強烈，但是三維場景數(shù)據(jù)的獲取成本較高，耗時較長，因此產(chǎn)生了這種利用二維數(shù)據(jù)快速產(chǎn)生三維場景數(shù)據(jù)的方法。對于已有二維GIS數(shù)據(jù)可以進行簡單的導出處理，基于現(xiàn)有的矢量圖可以完成簡單的建模，該方法成本低且自動化程度高，在需要快速建立三維模型的領域有著廣泛的應用，這也是在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)水平下大多數(shù)二維GIS提供三維能力的最主要方式，缺點在于生成的三維場景與現(xiàn)實的貼近度降低，數(shù)據(jù)的直觀性也較差，分析功能仍停留在二維數(shù)據(jù)的水平。正因為這類數(shù)據(jù)源存在著許多問題，隨著三維技術的發(fā)展和成熟，這種方法將會漸漸被新的方法所取代。 第3章 三維模型制作 導入影像圖三維模型制作之前要先整理好對應區(qū)域的影像圖文件，制作模型時要導入整理好的矢量圖文件，在建模時可以作為參考線，并且給模型提供相應的坐標，在矢量圖的基礎上創(chuàng)建三維模型，創(chuàng)建好的模型位置必須與矢量圖上相應的地物坐標保持一致。 影像圖矢量化首先要去google earth上去下載我們學校化石林的衛(wèi)星影像圖。對圖像進行投影定義。在ARCGIS中添加衛(wèi)星影像圖之后手動添加shp圖層，在arccatalog里面添加點，線，面的shp文件，注意，添加到時候也要定義投影，選擇WGS1984。矢量化化石林里面的化石，道路，植物等，其中道路利用擦除方法來進行矢量化，具體步驟如下（針對面）：先建立一塊較大區(qū)域的矢量區(qū)在被截的圖層上，也就是之前正在用的圖，然后建立一個臨時的圖層，和之前的圖保持性質(zhì)相同比如投影等，然后在臨時圖上畫出想要在那塊大區(qū)域上摳的區(qū)域，保存。利用工具箱中的overlay 中的erase來進行擦除。右擊菜單欄空白處添加layout工具模塊，將矢量化的圖層一起導入到DWG格式下。 3DMAX建模將上個步驟中產(chǎn)生的DWG格式矢量圖導入到3DMAX中，會顯示出地物的二維平面圖，在3DMAX中需要對二維圖的輪廓重新勾畫（利用捕捉工具），勾畫出的面便是需要建模地物的底面，對該底面進行一系列操作可以得到想要的三維模型，關鍵技術如下：（1）拉伸拉伸在3DMAX中使用擠出修改器來實現(xiàn)，作用是將現(xiàn)有的二維圖形在豎直方向上進行拉伸，其操作對象是二維圖形，擠出長度的數(shù)值為正時二維圖形會向其正方向做一個延伸，為負值時則相反。在對矢量圖進行處理之后得到的模型底面通過擠出便可以得到立體的模型，擠出的長度即是模型的高度。（2）放樣LoftObject（放樣）的作用和拉伸相近，不同點在于二維圖形的拉伸方式不僅僅是在豎直方向上，而是可以給拉伸方向賦予一個固定路徑，使二維圖形沿著這條路徑進行拉伸，而且在同一路徑上的不同區(qū)段的剖面可以按照特定的規(guī)則發(fā)生改變。放樣是一種常用的建模方法，可以用來實現(xiàn)很多復雜模型的構(gòu)建。制作放樣模型之前需要預先制作好放樣平面和路徑。在3DMAX中，放樣的重要參數(shù)包括放樣路徑、放樣圖形、縮放、扭曲、傾斜、倒角、擬合等等，可以實現(xiàn)圖形隨著路徑進行縮放、扭曲、傾斜等等特殊效果，可以選擇二維剖面后捕捉路徑進行放樣制作模型，也可通過選擇路徑后捕捉二維剖面進行放樣。（3）布爾運算Boolean（布爾運算）是通過對兩個或兩個以上的對象采用交集、并集、差集運算而得到新形態(tài)模型的建模方法。在3DMAX中可對一個物體進行多次布爾運算。布爾的重要參數(shù)包括運算對象、并集、交集、差集AB、差集BA、切割，并集可以獲得兩個對象合并的物體；交集可以獲得兩個對象相交的部分，刪除不相交的部分；差集AB在A物體中減去和B物體重合的部分；差集BA同理；切割可以用一個物體去切除另一個物體，且不添加該物體的任何部分。（4） 倒角倒角修改器可以將圖形擠出為3D模型，并且使邊緣處平滑，是常見的建模中經(jīng)常需要用到的方法，其重要參數(shù)包括封口、曲面、相交、起始輪廓，封口可以指定是否在圖形一端封閉開口，曲面可以控制曲面的側(cè)面速率、平滑度以及貼圖，相交可以防止重疊的相鄰邊產(chǎn)生銳角，起始輪廓用來設定輪廓到原始圖形的距離。（5） 扭曲扭曲修改器可以對一個三維模型產(chǎn)生一個類似于擰毛巾的旋轉(zhuǎn)效果，并且可以控制x、y、z軸上的扭曲角度，同時可以對模型的一部分限制扭曲效果。（6） FFD修改器FFD翻譯過來是“自由變形”，其包含5種類型：FFD 222修改器、FFD 333修改器、FFD 444修改器、FFD圓柱體修改器以及FFD長方體修改器，這類修改器的作用是使用晶格框包圍模型，通過對晶格框上控制點的調(diào)整來完成對模型的調(diào)整。3DMAX中有大量的建模工具和修改工具，建模工具包括多邊形建模和樣條線建模，修改工具包括拉伸、布爾、放樣、倒角、扭曲、FFD修改器、對齊、旋轉(zhuǎn)等等，利用這些工具我們可以針對真實場景制作出十分逼真的三維模型。在三維建模之前先思考采用什么樣的建模方法和合適的修改器，在建模過程中可以對照實物圖片逐步對已有模型作出修改，盡量減少不必要的工作，例如將模型面分段，這會增大模型的數(shù)據(jù)量，會對后面模型到場景的導入工作產(chǎn)生影響。當然對于復雜的模型還是應該對細節(jié)部分逐步調(diào)整，以達到更加貼近真實的效果。 注意事項由于建成的模型不僅僅要在3DMAX中顯示，同時需要導出到固定的格式，最后需要導入到skyline上的三維場景中，因此許多細節(jié)上的處理不當可能會直接導致模型無法導出，在場景中的顯示效果不佳、顯示錯誤或者無法顯示，因此，在建模的過程中，需要注意如下事項：（1）刪除掉所有建筑以及其他模型的底面。（2）避免模型出現(xiàn)兩面或多面重疊的情況，要刪除模型中重合的面，否則會造成重疊面在場景中閃爍的情況。（3）所有的三維模型的z坐標必須要大于0，包括地面。（4）對三維模型結(jié)構(gòu)與貼圖坐標起不到作用的點和面都要刪除以節(jié)省數(shù)據(jù)量。（5）在創(chuàng)建模型的時候，注意利用捕捉使模型的點與點之間相互對齊，不要出現(xiàn)點之間有縫隙或錯位導致面與面之間出現(xiàn)交叉的情況，這樣可以避免場景漫游時出現(xiàn)閃面或破面的情況影響效果[9]。（6）盡量減少模型的數(shù)據(jù)量，但前提是保證場景的顯示效果，線的段數(shù)盡量不要過多，可能的情況下用折線來代替曲線以減小數(shù)據(jù)量[11]。 貼圖制作在三維模型的制作中，貼圖是很重要一個部分，他可以真實的反映物體表面的紋理和材質(zhì)，如果沒有貼圖，沒有紋理的模型的表現(xiàn)力是蒼白無力的。他不僅僅可以表現(xiàn)出木質(zhì)、塑料、玻璃等各種材質(zhì)，還可以產(chǎn)生出反射、透明、凹凸的特殊效果，這樣的模型在三維場景中更加具有表現(xiàn)力，有更好的視覺效果。Bitmap是3DMAX中最常用的貼圖，除了bitmap還有多種貼圖形式，比如使用復合貼圖可以制作出混合材質(zhì)的效果，賦予到模型上的貼圖有自己的坐標（UV或UVW坐標系）。在小規(guī)模場景或者是有特殊要求的場景中，對于模型的精細度要求可能會比較高，一般紋理的數(shù)據(jù)源會采用高像素的數(shù)碼相機實景拍攝，然后對獲得的照片進行后期處理，制作成想要的紋理樣式，這樣獲得的貼圖模型仍然會與實物有一定偏差[4]。3DMAX 系統(tǒng)中除了BitMap這種貼圖方式外還有多種貼圖方式，其中包括一些高級貼圖如自動反射貼圖可以使模型